混凝土灌注桩是直接在施工现场的桩位上成孔，然后在孔内安装钢筋笼，浇筑混凝土成桩。与预制桩相比，灌注桩具有不受地层变化限制，不需要接桩和截桩，节约钢材、振动小、噪声小等特点，但施工工艺复杂，影响质量的因素多。灌注桩按成孔方法分为钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、沉管灌注桩等。
1）灌注桩施工准备工作
（1）确定成孔施工顺序
①对土没有挤密作用的钻孔灌注桩和干作业成孔灌注桩，应结合施工现场条件，按桩机移动的原则确定成孔顺序。
②对土有挤密作用和振动影响的冲孔灌注桩、沉管灌注桩、爆扩孔桩等，为保证邻桩不受影响造成事故，一般可结合现场施工条件确定成孔顺序：间隔1个或2个桩位成孔；在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔；5根以上单桩组成的群桩基础，中间的桩先成孔，外围的桩后成孔；同一个桩基础的爆扩灌注桩，可采用单爆或联爆法成孔。
③人工挖孔桩，当桩净距小于2倍桩直径且小于2.5m时，桩应采用间隔开挖。排桩跳挖的最小净距不得小于4.5m，孔深不宜大于40m。
（2）桩孔结构的控制
桩孔结构的要素是桩孔直径、桩孔深度、护筒的直径和长度及其与地下水位的对应关系。
①桩孔直径的偏差应符合规范规定，在施工中，如桩孔直径偏小，则不能满足设计要求（桩承载力不够）；如直径偏大，则使工程成本增加，影响经济效益。对桩孔直径的检测，一般可用自制的一根长3m、外径等于桩直径的圆管或钢筋笼下入孔内。如果能顺利下入，则保证了孔径不小于设计尺寸，同时又检测了孔形，并保证了孔的垂直度误差。对于桩孔位偏差，在检测点和施工时，要从严控制，在施工开始、中间、终孔都应用经纬仪测定。
②桩孔深度应根据桩型来确定控制标准。对桩孔的深度，一般先以钻杆和钻具粗挖，再以标准测量绳吊铊测量。对孔底沉渣，常用检测方法是：用两根标准测绳，一根吊以3kg重的钢锥，另一根吊以平底铊，下入孔底，这两根测绳长度之差即为沉渣厚度。
③护筒的位置主要取决于地层的稳定情况和地下水位的位置。
（3）钢筋笼的制作
①钢筋笼制作的准备工作：
a.先对钢筋除污和除锈、调直。
b.为便于吊装运输，钢筋笼制作长度不宜超过8m，如较长，应分段制作。两段钢筋笼的连接应采用焊接，焊接方法和接头长度应符合设计要求或有关规范的规定。
②钢筋笼的制作：制作钢筋笼，可采用专用工具，人工制作。首先计算主筋长度并下料，弯制加强箍和缠绕筋，然后焊制钢筋笼。先将加强箍与主筋焊接，再焊接缠绕筋。制作钢筋笼时，要求主筋环向均匀布置，箍筋的直径及间距、主筋的保护层、加强箍的间距等均应符合设计规定。焊好钢筋笼后，在钢筋笼的上、中、下部的同一横截面上，应对称设置4个钢筋“耳环”或混凝土垫块，并应在吊放前进行垂直校直。
③钢筋笼的运输、吊装：钢筋笼在运输、吊装过程中，要防止钢筋扭曲变形（可在钢筋笼上绑扎直木杆）。吊放入孔内时，应对准孔位慢放，严禁高起猛落，强行下放，防止倾斜、弯折或碰撞孔壁。为防止钢筋笼上浮，可采用叉杆对称地点焊在孔口护筒上。
（4）混凝土的配制
混凝土所用粗骨料可选用卵石和碎石，但应优先选用卵石，其最大粒径，钢筋混凝土桩不宜大于50mm，并不得大于钢筋最小净距的1/3；对于素混凝土桩，不得大于桩径的1/4，一般以不大于70mm为宜。细骨料应选用级配合理、质地坚硬、洁净的中粗砂，每立方混凝土的水泥用量不小于350kg。混凝土中可掺入外加剂，从而改善或赋予混凝土某些性能，但必须符合有关要求。
（5）混凝土的浇筑
桩孔检查合格后，应尽快灌注混凝土。灌注桩可根据实际情况，选用如下几种灌注方法：导管法，该法可用于孔内水下灌注；串筒法，该法用于孔内无水或渗水量小时的灌注；混凝土泵，用于混凝土量大的灌注。
灌注混凝土时，桩顶灌注标高应超过桩顶设计标高1.0m以上，混凝土充盈系数不应小于1.0，在1.0~1.3较为合适。灌注时环境温度低于0℃时，混凝土应采取保温措施。灌注过程中，应由专人作好记录。
桩身混凝土必须留有试件，直径大于1m的深桩，每根桩应不少于1组试块，每个浇筑台班不得少于1组。做试块时，应进行反复插捣，使试块密实，表面应抹平。一般在养护8~12h后即可脱模养护。冬天可放入地窖中，夏天可放入水池中。在施工现场养护混凝土试块时，难度较大，一定要加强养护。
2）钻孔灌注桩
钻孔灌注桩是指利用钻孔机械钻出桩孔，并在孔中浇筑混凝土（或先在孔中吊放钢筋笼）而成的桩。根据钻孔机械的钻头是否在土壤的含水层中施工，钻孔灌注桩又分为泥浆护壁成孔和干作业成孔两种施工方法。
（1）泥浆护壁成孔灌注桩
泥浆护壁成孔是利用原土自然造浆或人工造浆浆液进行护壁，通过循环泥浆将被钻头切下的土块携带排出孔外成孔，然后安装绑扎好的钢筋笼，导管法水下灌注混凝土沉桩。此法适用于任何地下水的土层，但在岩溶发育地区慎用。
①施工工艺流程。泥浆护壁成孔灌注桩施工工艺流程，如图2.23所示。
图2.23 泥浆护壁成孔灌注桩工艺流程图
图2.24 护筒埋设示意图
②施工准备。
a.埋设护筒：护筒是用4~8mm厚钢板制成的圆筒，其内径应大于钻头直径100mm，其上部宜开设1~2个溢浆孔（图2.24）。护筒的作用是固定桩孔位置，防止地面水流入，保护孔口，增高桩孔内水压力，防止塌孔和成孔时引导钻头方向。
埋设护筒时，先挖去桩孔处地表土，将护筒埋入土中，保证其位置准确、稳定。护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50mm，护筒与坑壁之间用黏土填实，以防漏水。护筒的埋设深度，在黏土中不宜小于1.0m，在砂土中不宜小于1.5m。护筒顶面应高于地面0.4~0.6m，并应保持孔内泥浆面高出地下水位1m以上，在受水位涨落影响时，泥浆面应高出最高水位1.5m以上。
b.制备泥浆：泥浆由水、黏土、化学处理剂和一些惰性物质组成。泥浆在桩孔内吸附在孔壁上，将土壁上孔隙填渗密实，避免孔内壁漏水，保持护筒内水压稳定；同时，泥浆在孔外受压差的作用，部分水渗入地层，在地层表面形成一层固体颗粒的胶结物——泥饼。性能良好的泥浆，失水量小，泥饼薄而韧密，具有较强的黏结力，可以稳固土壁，防止塌孔；泥浆有一定黏度，通过循环泥浆可将切削碎的泥石渣屑悬浮后排出，起到携砂、排土的作用；同时，泥浆对钻头有冷却和润滑作用，保证钻头和钻具保持冷却和在孔内顺利起落。
制备泥浆的方法：在黏性土中成孔时可在孔中注入清水，钻机旋转时，切削土屑与水旋伴，用原土造浆，泥浆相对密度应控制在1.1~1.2；在其他土中成孔时，泥浆制备应选用高塑性黏土或膨润土；在砂土和较厚的夹砂层中成孔时，泥浆相对密度应控制在1.2~1.4。施工中应经常测定泥浆相对密度，并定期测定黏度、含砂率和胶体率等指标。
③成孔。桩架安装就位后，挖泥浆槽、沉淀池，接通水电，安装水电设备，制备要求相对密度的泥浆。用第一节钻杆（每节钻杆长约5m，按钻进深度用钢销连接）接好钻机，另一端接上钢丝绳，吊起潜水钻对准埋设的护筒，悬离地面，先空钻然后慢慢钻入土中；注入泥浆，待整个潜水钻入土后，观察机架是否垂直平稳，检查钻杆是否平直，再正常钻进。
泥浆护壁成孔灌注桩成孔方法按成孔机械分类，有钻机成孔（回转钻机成孔、潜水钻机成孔、冲击钻机成孔）和冲抓锥成孔，其中以钻机成孔应用最多。
a.回转钻机成孔。回转钻机是由动力装置带动钻机回转装置转动，再由其带动带有钻头的钻杆移动，由钻头切削土层，适用于地下水位较高的软、硬土层，如淤泥、黏性土、砂土、软质岩层。
回转钻机的钻孔方式根据泥浆循环方式的不同，分为正循环回转钻机成孔和反循环回转钻机成孔。正循环回转钻机成孔的工艺如图2.25所示。由空心钻杆内部通入泥浆或高压水，从钻杆底部喷出，携带钻下的土渣沿孔壁向上流动，由孔口将土渣带出流入泥浆池。反循环回转钻机成孔的工艺如图2.26所示。泥浆带渣流动的方向与正循环回转钻机成孔的情形相反。反循环工艺的泥浆上流速度较高，能携带较大的土渣。
图2.25 正循环回转钻机成孔工艺原理图
图2.26 反循环回转钻机成孔工艺原理图
b.潜水钻机成孔。潜水钻机成孔示意图如图2.27所示。潜水钻机是一种将动力、变速机构、钻头连在一起加以密封，潜入水中工作的一种体积小而轻的钻机。这种钻机的钻头有多种形式，以适应不同桩径和不同土层的需要，钻头可带有合金刀齿，靠电机带动刀齿旋转切削土层或岩层。钻头靠桩架悬吊吊杆定位，钻孔时钻杆不旋转，仅钻头部分放置切削下来的泥渣并通过泥浆循环排出孔外。
c.冲击钻机成孔。冲击钻机通过机架、卷扬机把带刃的重钻头（冲击锤）提高到一定高度，靠自由下落的冲击力切削破碎岩层或冲击土层成孔，如图2.28所示。部分碎渣和泥浆挤压进孔壁，大部分碎渣用掏渣筒掏出。此法设备简单、操作方便，对于有孤石的砂卵石岩、坚质岩、岩层均可成孔。
图2.27 潜水钻机钻孔示意图
图2.28 简易冲击钻孔机示意图
冲击钻头有十字形、工字形、人字形等，常用十字形冲击钻头。在钻头锥顶与提升钢丝绳间设有自动转向装置，冲击锤每冲击一次转动一个角度，从而保证桩孔冲成圆孔。
d.冲抓锥成孔。冲抓锥（图2.29）锥头上有一重铁块和活动抓片，通过机架和卷扬机将冲抓锥提升到一定高度，下落时松开卷筒刹车，抓片张开，锥头便自由下落冲入土中，然后开动卷扬机提升锥头，这时抓片闭合抓土。冲抓锥整体提升至地面上卸去土渣，依次循环成孔。
④清孔。成孔后，即进行验孔和清孔。验孔是用探测器检查桩位、直径、深度和孔道情况；清孔即清除孔底沉渣、淤泥浮土，以减少桩基的沉降量，提高承载能力。
泥浆护壁成孔清孔时，对于土质较好不易坍塌的桩孔，可用空气吸泥机清孔，气压为0.5MPa，使管内形成强大高压气流向上涌，同时不断地补足清水，被搅动的泥渣随气流上涌从喷口排出，直至喷出清水为止。对于稳定性较差的孔壁，应采用泥浆循环法清孔或抽筒排渣，清孔后的泥浆相对密度应控制在1.15~1.25；原土造浆的孔，清孔后泥浆相对密度应控制在1.1左右。清孔时，必须及时补充足够的泥浆，并保持浆面稳定。
⑤水下浇筑混凝土。在灌注桩、地下连续墙等基础工程中，常要直接在水下浇筑混凝土。其方法是利用导管输送混凝土并使之与环境水隔离，依靠管中混凝土的自重，使管口周围的混凝土在已浇筑的混凝土内部流动、扩散，以完成混凝土的浇筑工作，如图2.30所示。(www.xing528.com)
图2.29 冲抓锥头
1—抓片；2—连杆；3—压重；4—滑轮组
图2.30 导管法浇筑水下混凝土示意图
施工时，先将导管放入孔中（其下部距离底面约100mm），用麻绳或铅丝将球塞悬吊在导管内水位以上0.2m（塞顶铺2~3层稍大于导管内径的水泥纸袋，再散铺一些干水泥，以防混凝土中骨料卡住球塞），然后浇入混凝土，当球塞以上导管和承料漏斗装满混凝土后，剪断球塞吊绳，混凝土靠自重推动球塞下落，冲向基底，并向四周扩散。球塞冲出导管，浮至水面，可重复使用。冲入基底的混凝土将管口包住，形成混凝土堆。同时不断地将混凝土浇入导管中，管外混凝土面不断被管内的混凝土挤压而上升。随着管外混凝土面的上升，导管也逐渐提高（到一定高度，可将导管顶段拆下）。但不能提升过快，必须保证导管下端始终埋入混凝土内，其最大埋置深度不宜超过5m。混凝土浇筑的最终高程应高于设计标高约100mm，以便清除强度低的表层混凝土（清除应在混凝土强度达到2~2.5 N/mm2后方可进行）。
导管由每段长度为2.5~3.0m（脚管为2~3m）、管径200~250mm、壁厚不小于3mm的钢管用法兰盘加止水胶垫用螺栓连接而成。承料漏斗位于导管顶端，漏斗上方装有振动设备以防混凝土在导管中阻塞。提升机具用来控制导管的提升与下降，常用的提升机具有卷扬机、电动葫芦、起重机等。球塞可用软木、橡胶、泡沫塑料等制成，其直径比导管内径小15~20mm。
每根导管的作用半径一般不大于3m，所浇混凝土覆盖面积不宜大于30m2，当面积过大时，可用多根导管同时浇筑。混凝土浇筑应从最深处开始，相邻导管下口的标高差不应超过导管间距的1/20~1/15，并保证混凝土表面均匀上升。
导管法浇筑水下混凝土的关键：一是保证混凝土的供应量大于导管内混凝土必须保持的高度和开始浇筑时导管埋入混凝土堆内必需的埋置深度所要求的混凝土量；二是严格控制导管提升高度，且只能上下升降，不能左右移动，以避免造成管内返水事故。
（2）干作业成孔灌注桩
图2.31 螺旋钻孔机钻孔灌注桩施工过程示意图
干作业成孔灌注桩是先用钻孔机在桩位处进行钻孔，然后在桩孔内放入钢筋骨架，再灌筑混凝土而成桩。其施工过程如图2.31所示。
干作业成孔一般采用螺旋钻孔机钻孔。螺旋钻机根据钻杆形式不同可分为整体式螺旋、装配式长螺旋和短螺旋3种。螺旋钻杆是一种动力旋动钻杆，它是使钻头的螺旋叶旋转削土，土块由钻头旋转上升而带出孔外。螺旋钻头外径分别为φ400mm，φ500mm，φ600mm，钻孔深度相应为12m，10m，8m。适用于成孔深度内没有地下水的一般黏土层、砂土及人工填土地基，不适于有地下水的土层和淤泥质土。
干作业成孔灌注桩的施工工艺为：螺旋钻孔机就位对中→钻进成孔、排土→钻至预定深度，停钻→起钻，测孔深、孔斜、孔径→清理孔底虚土→钻孔机移位→安放钢筋笼→安放混凝土溜筒→灌注混凝土成桩→桩头养护。
钻孔机就位后，钻杆垂直对准桩位中心，开钻时先慢后快，减少钻杆的摇晃，及时纠正钻孔的偏斜或位移。钻孔时，螺旋刀片旋转削土，削下的土沿整个钻杆螺旋叶片上升而涌出孔外，钻杆可逐节接长直至钻到设计要求规定的深度。在钻孔过程中，若遇到硬物或软岩，应减速慢钻或提起钻头反复钻，穿透后再正常进钻。在砂卵石、卵石或淤泥质土夹层中成孔时，这些土层的土壁不能直立，易造成塌孔，这时钻孔可钻至塌孔下1~2m以内，用低强度等极细石混凝土回填至塌孔1m以上，待混凝土初凝后，再钻至设计要求深度；也可用3∶7夯实灰土回填代替混凝土处理。
钻孔至规定要求深度后，孔底一般都有较厚的虚土，需要进行专门处理。清孔的目的是将孔内的浮土、虚土取出，减少桩的沉降。常用的方法是采用25~30kg的重锤对孔底虚土进行夯实，或投入低坍落度素混凝土，再用重锤夯实；或是钻孔机在原深处空转清土，然后停止旋转，提钻卸土。
用导向钢筋将钢筋骨架送入孔内，同时防止泥土杂物掉进孔内。钢筋骨架就位后，应立即灌注混凝土，以防塌孔。灌注时，应分层浇筑、分层捣实，每层厚度50~60cm。
3）人工挖孔灌注桩
人工挖孔灌注桩是采用人工挖掘方法成孔，然后放置钢筋笼，浇筑混凝土而成的桩基础。其施工特点是：设备简单，无噪声、无振动、不污染环境，对施工现场周围原有建筑物的影响小；施工速度快，可按施工进度要求决定同时开挖桩孔的数量，必要时各桩孔可同时施工；土层情况明确，可直接观察到地质变化，桩底沉渣能清除干净，施工质量可靠。尤其当高层建筑选用大直径的灌注桩，而施工现场又在狭窄的市区时，采用人工挖孔比机械挖孔具有更大的适应性。但其缺点是人工耗量大、开挖效率低、安全操作条件差等。
施工时，为确保挖土成孔施工安全，必须考虑预防孔壁坍塌和流砂现象发生的措施。因此，施工前应根据地质水文资料，拟订出合理的护壁措施和降排水方案。护壁方法有很多，可以采用现浇混凝土护壁、沉井护壁、喷射混凝土护壁等。
（1）现浇混凝土护壁
现浇混凝土护壁法施工即分段开挖、分段浇筑混凝土护壁，既能防止孔壁坍塌，又能起到防水作用。现浇混凝土护壁施工工艺流程如图2.32所示。
图2.32 现浇混凝土护壁施工工艺流程图
桩孔采取分段开挖，每段高度取决于土壁直立的能力，一般0.5~1.0m为一施工段，开挖井孔直径为设计桩径加混凝土护壁厚度。
护壁施工即支设护壁内模板（工具式活动钢模板）后浇筑混凝土，模板的高度取决于开挖土方施工段的高度，一般为1m，由4~8块活动钢模板组合而成，支成有锥度的内模。内模支设后，吊放用角钢和钢板制成的两半圆形合成的操作平台入桩孔内，置于内模板顶部，以放置料具和浇筑混凝土操作之用。
当护壁混凝土强度达到1MPa（常温下约24h）时可拆除模板，开挖下段的土方，再支模浇筑护壁混凝土，如此循环，直至挖到设计要求的深度。
当桩孔挖到设计深度，并检查孔底土质是否已达到设计要求后，再在孔底挖成扩大头。待桩孔全部成型后，用潜水泵抽出孔底的积水，然后立即浇筑混凝土。当混凝土浇筑至钢筋笼的底面设计标高时，再吊入钢筋笼就位，并继续浇筑桩身混凝土而形成桩基。
（2）沉井护壁
当桩径较大、挖掘深度大、地质复杂、土质差（松软弱土层）且地下水位高时，应采用沉井护壁法挖孔施工。
沉井护壁施工是先在桩位上制作钢筋混凝土井筒，井筒下捣制钢筋混凝土刃脚，然后在筒内挖土掏空，井筒靠其自重或附加荷载来克服筒壁与土体之间的摩擦阻力，边挖边沉，使其垂直地下沉到设计要求深度。
4）沉管灌注桩
沉管灌注桩是利用锤击打桩设备或振动沉桩设备，将带有钢筋混凝土的桩尖（或钢板靴）或带有活瓣式桩靴的钢管沉入土中（钢管直径应与桩的设计尺寸一致），形成桩孔，然后放入钢筋骨架并浇筑混凝土，随之拔出套管，利用拔管时的振动将混凝土捣实，便形成所需要的灌注桩。利用锤击沉桩设备沉管、拔管成桩，称为锤击沉管灌注桩；利用振动器振动沉管、拔管成桩，称为振动沉管灌注桩。
在沉管灌注桩施工过程中，对土体有挤密作用和振动影响，施工中应结合现场施工条件，考虑成孔的顺序，即间隔一个或两个桩位成孔；在邻桩混凝土初凝前或终凝后成孔；一个承台下桩数在5根以上者，中间的桩先成孔，外围的桩后成孔。
为了提高桩的质量和承载能力，沉管灌注桩常采用单打法、复打法、反插法等施工工艺。单打法又称一次拔管法，拔管时每提升0.5~1.0m，振动5~10s，然后再拔管0.5~1.0m，这样反复进行，直至全部拔出；复打法是在同一桩孔内连续进行两次单打，或根据需要进行局部复打，施工时应保证前后两次沉管轴线重合，并在混凝土初凝之前进行。反插法是钢管每提升0.5~1.0m，再下插0.3~0.5m，这样反复进行，直至全部拔出。施工时，注意及时补充套筒内的混凝土，使管内混凝土面保持一定高度并高于地面。
图2.33 沉管灌注桩施工过程
（1）锤击沉管灌注桩
锤击沉管灌注桩适宜于一般黏性土、淤泥质土和人工填土，其施工过程如图2.33所示。施工工艺流程如图2.34所示。
图2.34 锤击沉管施工工艺流程图
锤击沉管灌注桩施工要点：
①桩尖与桩管接口处应垫麻（或草绳）垫圈，以作缓冲层和防止地下水渗入管内。沉管时先用低锤锤击，观察无偏移后再正常施打。
②拔管前，应先锤击或振动套管，在测得混凝土确已流出套管时方可拔管。
③桩管内混凝土应尽量填满，拔管时要均匀，保持连续密锤轻击，并控制拔管速度，一般土层宜为1m/min，软弱土层和软硬土层交界处宜为0.3~0.8m/min，淤泥质软土不宜大于0.8m/min。
④在管底未拔到桩顶设计标高前，倒打或轻击不得中断，注意使管内的混凝土保持略高于地面，并保持到全管拔出为止。
⑤桩的中心距在5倍桩管外径以内或小于2m时，均应跳打施工；中间空出的桩须待邻桩混凝土达到设计强度的50%以后方可施打。
（2）振动沉管灌注桩
振动沉管灌注桩采用激振器或振动冲击沉管。其施工过程为：
①桩机就位：将桩尖活瓣合拢对准桩位中心，利用振动器及桩管自重把桩尖压入土中。
②沉管：开动振动箱，桩管即在强迫振动下迅速沉入土中。沉管过程中，应经常探测管内有无水或泥浆，如发现水、泥浆较多，应拔出桩管，用砂回填桩孔后方可重新沉管。
③上料：桩管沉到设计标高后停止振动，放入钢筋笼，再上料斗将混凝土灌入桩管内，一般应灌满桩管或略高于地面。
④拔管：开始拔管时，应先启动振动箱8~10min，并用吊锤测得桩尖活瓣确已张开，混凝土确已从桩管中流出以后，卷扬机方可开始抽拔桩管，边振边拔。一般土层中拔管速度宜为1.2~1.5m/min，在软弱土层中拔管速度宜为0.6~0.8m/min。
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